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常见问题

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pcb板内层短路原因分析及解决方法
2021-11-15
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多层PCB的开发和生产过程而言,经常会出现一些产品质量问题,尤其是多层PCB的内层。随着电子组装向更高密度发展,布线密度越来越高,内外线也很多。宽度和间距0.10-0.075mm,小孔和微孔之间有埋孔和盲孔。如球栅阵列——一种组装结构形式。根据组装结构的要求,PCB的设计和制造必须满足其外层布线密度0.10-0.125mm,内层0.10-0.075mm,孔经为0.25-0.35mm的设计要求以及它是六层板,这需要层间非常精确的对齐。但往往由于工艺错误,多层PCB的内层有时会发生短路。而其内层短路是多层PCB最大的质量问题。这是因为如果多层PCB的内层有短路缺陷,就会成为难以修复的产品。如果在电装之后发现此类缺陷,将造成巨大的经济损失。因此,要解决多层PCB的内层短路问题,首先要明确产生内层短路的主要工艺因素,然后才能有针对性地采取相应的工艺对策。


一、原材料对内短路的影响:


多层PCB材料的尺寸稳定性是影响内层定位精度的主要因素。还必须考虑基板和铜箔的热膨胀系数对多层PCB内层的影响。从所用基材的物理性能分析,层压板都含有聚合物,其主要结构在一定温度下会发生变化,即俗称的玻璃化转变温度Tg。玻璃化转变温度是许多聚合物的独特性质,仅次于热膨胀系数,是层压板最重要的特性。在两种常用材料的对比分析中,环氧玻璃布层压板和聚酰亚胺的玻璃化转变温度分别为Tg120℃和230℃。当温度低于150℃时,环氧玻璃布层压板的自然热膨胀约为0.01in/in,而聚酰亚胺的自然热膨胀仅为0.001in/in。

从相关技术数据可知,层压板在X、Y方向的热膨胀系数每升高1℃在12-16ppm/℃之间,Z方向的热膨胀系数在100-200ppm之间/°C,大于 X 和 Y 方向。一个数量级。但在测试过程中发现,当温度超过100℃时,层压板与孔体之间的Z轴膨胀不一致,差异变大。电镀通孔的自然膨胀率低于周围的层压板。由于层压体的热膨胀比多孔体快,这意味着通孔体在层压体的变形方向上被拉伸。这种应力条件在通孔体中产生拉伸应力。当温度升高时,拉应力将继续增加。当应力超过通孔镀层的断裂强度时,镀层就会破裂。同时,层压板较高的热膨胀率显着增加了内导体和焊盘上的应力,导致导体和焊盘开裂,造成多层PCB内层短路。因此,在制造BGA等高密度封装结构时,必须仔细分析PCB原材料的技术要求,基材与铜箔的热膨胀系数必须基本匹配


二、薄膜制作和使用错误对内短的影响

电路图形的制作通过CAD/CAM系统进行转换,最终电路图像传输比例为1:1。然后用转移法生成产生用的重氮薄膜。制板用的底片在转化生成过程中,会出现人为和机械误差。经过一段时间的开发和生产数据统计分析,往往容易出现以下几个方面的偏差:
1、层间打定位孔时,由于视觉误差,层间会出现偏差。
2、将光绘膜复制到重氮膜时,人为和设备造成的偏差。
3、底片转移电路图形成像过程中产生的位移现象,导致成像孔位置的偏差。
4、底片在存放和使用过程中,由于温度和湿度的影响,底片基体发生伸长和收缩,导致底片通孔位置出现偏差。
5、图形传输过程中人为视觉差异和定位精度造成的孔位偏差。
6、薄膜本身质量造成的偏差。
这些都是PCB制造过程中的综合误差。根据军用标准和国际标准,综合误差值不应大于导线的宽度。如果超出标准和工艺规定的尺寸范围,就会造成多层PCB内层短路。为保证薄膜生产质量和使用质量的可靠性,必须加强过程的监控和管理,使制造BGA结构器件所需的多层PCB必须正确、可操作、有效地进行生产,每道工序从进料开始。性过程的方法和对策。

三、定位系统的方法精度影响内部短路
在成膜、电路图案制作、叠层、压合、钻孔过程中,必须进行定位。至于所采用的定位方法的类型,需要认真研究和分析。这些需要定位的半成品,会因为选择的定位精度的不同,造成一系列的技术问题,稍有不慎就会造成多层PCB内层短路。定位方法的选择应根据所选定位的准确性、适用性和有效性来确定。多层PCB的层与层之间对位的方法很多,主要有以下八种:
⊙两个圆孔的销定位方式。
⊙一孔一槽定位方式。
⊙三孔或四孔定位方式。
⊙四槽孔定位方式。
⊙MASS LAMINATE定位方式。
⊙定位粘贴定位方式。
⊙蚀刻后的定位方式。
⊙X射线钻孔定位孔法。

就这八种工艺方法而言,在精度和可靠性分析方面,四槽孔定位工艺方法适合这种六层PCB的定位加工。当然影响多层PCB定位精度的因素有很多。制造中使用的光绘膜、叠层芯材、上背板和定位设备、生产工艺设备、工艺环境条件、工艺技术以及加工操作中多种因素综合作用的结果。由于定位精度的差异和工艺方法的选择,最容易造成多层PCB内层移位,导致内层产生质量问题——内层短路。

四、内层蚀刻质量对内层短路的影响
内层蚀刻工艺容易产生未被蚀刻掉的残留铜点。这些残留的铜有时非常少。如果不使用光学测试仪进行直观检查,肉眼很难发现,就会被带到层压过程中,将残留的铜压入多层PCB内部。由于内层密度高,残留的铜最有可能搭接在两根线之间,造成多层PCB内层短路。

五、层压工艺参数对内短路的影响
内层板在层压时必须用定位销定位。如果装板时使用的压力不均匀,内层板的定位孔就会变形,压合时用过大的压力造成的剪应力和残余应力也很大,层层收缩,变形等,会导致多层PCB内层短路报废。

六、钻孔质量对内短路的影响

1、孔位误差分析

为了获得高质量、高可靠性的电气连接,钻孔后焊盘与导线的连接应保持在至少50μm。要保持这么小的宽度,钻孔的位置精度必须非常高,产生的误差必须小于或等于工艺提出的尺寸公差的技术要求。但钻小孔的孔位误差主要由钻床的精度,钻头的几何形状、盖,垫板的特性和工艺参数决定。从实际生产过程中积累的经验分析是由四个方面引起的:钻孔机相对于孔的实际位置的振动引起的振幅,主轴的偏差,钻头所在点引起的滑动进入基体,以及钻头进入基体引起的冲击。玻璃纤维的阻力和钻屑引起的弯曲变形。这些因素都会造成内孔位置偏移和短路的可能。

2、根据上述孔位偏差,为解决和排除误差过大的可能性,建议采用分步钻孔工艺,可大大降低钻屑清除的影响和钻头的温升。因此,需要改变钻头的几何形状(截面积、芯厚、锥度、排屑槽角、排屑槽和长刃比等),以增加钻头的刚性,提高钻头的刚性。孔位精度将大大提高。同时要正确选择盖板和钻孔的工艺参数,保证钻孔位置的精度在工艺规定的范围内。除了上述保证条件外,外部因素也是关注的焦点。如果内层定位不当,钻孔时通孔偏移,也会造成内层开路或短路。


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